Courant continu

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(No Transcript)
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Le courant continu
Un courant est un flux d'électrons. Pour que ces
électrons puissent se déplacer, il faut que les
électrons soient libres. On trouve des électrons
libres, en général, dans les métaux, ce sont des
conducteurs. En absence d'électrons libres, les
matériaux seront appelés isolant.
La couche périphérique d'un atome ne peut pas
posséder plus de huit électrons. Les propriétés
électriques dépendent des électrons de la couche
périphérique.
Les bons conducteurs ont leur dernière couche
incomplète. Ils céderont facilement leurs
électrons. Argent, or, cuivre, aluminium, fer,
carbone.....
Les isolants ont leur dernière couche saturée ou
presque saturée. Ils accepteront peu
d'électrons. Mica, silicone, huile, porcelaine,
plastique, verre, air sec..
Certains matériaux ont autant d'électrons à
prendre qu'à donner pour avoir leurs couches
saturées. Ces matériaux portent le nom de
semi-conducteurs silicium, germanium, arséniure
de gallium
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Mise en mouvement des électrons libres le
courant électrique
Pour mettre en mouvement des électrons libres il
faut un circuit conducteur fermé une pompe à
électrons appelée générateur L'intensité du
courant électrique est la quantité d'électricité
traversant une section droite du conducteur en
une seconde L'intensité d'un courant s'exprime en
Ampères (symbole A)
Représentation d'un générateur chimique (la pile,
l'accumulateur)
Une pile est un convertisseur d'énergie chimique
en énergie électrique. Ce type de générateur est
représenté par deux traits parallèles dont le
plus petit représente le pôle moins (-). Ce
symbole représente 1 élément soit 1,2V à 3V, pour
obtenir d'autres tensions, on peut brancher ces
éléments en série.
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Représentation d'un générateur chimique (la pile,
l'accumulateur)
Ces générateurs sont limités dans leurs
caractéristiques électriques. Leurs
caractéristiques électriques se modifient dans le
temps.
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Générateur réel (pile accu) Plus le courant est
important, plus la tension sera faible. Exemple U
12V
Générateur parfait de tension. Il se différencie
du générateur précédent par le fait qu'il fournit
une tension stable et constante quel que soit le
courant demandé. Exemple E 5V


Générateur de courant. Sa caractéristique est de
fournir un courant fixe quel que soit l'endroit
où il est connecté. Ex I2A
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Mesure de l'intensité d'un courant
L'intensité d'un courant se mesure à l'aide d'un
ampèremètre placé en série dans le circuit.
Remarques très importantes C'est le récepteur
qui limite le courant I dans le circuit.
L'ampèremètre ne peut en aucun cas être considéré
comme un récepteur. La présence d'un ampèremètre
ne modifie rien aux caractéristiques du montage.
Les bornes d'un ampèremètre sont équivalentes à
un court circuit.
Soit un circuit électrique fermé comportant une
dérivation.
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La valeur indiquée par l'ampèremètre mesurant I
est la somme des valeurs indiquées par les
ampèremètres mesurant I1 et I2.
I I1 I2
Cest la loi des noeuds
Loi des nuds La somme des courants qui
arrivent à un nud est égale à la somme des
courants qui partent.
I I I1 I2 I3
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Loi des nuds La somme des courants qui
arrivent à un nud est égale à la somme des
courants qui partent.
Si toutes les flèches sont entrantes ou
sortantes, cela signifie quil y a une erreur de
fléchage, ou quun courant est négatif
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Différence de potentiel
Le VOLT (V) est la différence de potentiel que
subit une charge de 1 coulomb pour produire un
travail de 1 joule. Représentation schématique
d'une différence de potentiel (ddp)
Ddp U VAB VA-VB
Ddp U VBA VB-VA
VA 0
Ddp U VAB VA-VB -VB
Ddp U VBA VB-VA VB
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Mesure d'une différence de potentiel
La différence de potentiel se mesure à l'aide
d'un voltmètre branché en dérivation dans le
circuit. Le voltmètre mesure la ddp U aux bornes
du générateur. Mais U est aussi la différence de
potentiel aux bornes du circuit. U1 est la
différence de potentiel mesurée aux bornes du
récepteur 1 U2 est la différence de potentiel
mesurée aux bornes du récepteur 2 Le voltmètre
ne perturbe pas le circuit. L'énergie consommée
par le voltmètre est nulle I0 La valeur
indiquée par le voltmètre mesurant U est la somme
des valeurs indiquées par les voltmètres mesurant
U1 et U2.
E U U1 U2
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Puissance électrique
Par définition, la puissance est le travail
effectué en 1 seconde. (P en Watt)
1 Watt 1 Joule par seconde
Pour mesurer une puissance de durée limitée on
utilise le Joule J
Exemples
Puissance dune lampe (constante dans la
durée) P 100 W (en Watt)
Puissance dun flash (durée 0,1s) P 100 x 0,1
10 J Soit 100W durant 0,1s
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Rendement
Dans la nature, rien ne se perd, rien ne se crée,
tout se transforme
Dans une résistance, la puissance est transformée
en chaleur.
P absorbée U.I Si la puissance dissipée est
utile, elle sera appelée Pu (puissance
utile) Sinon, elle sera appelée Pj perte joule
P RI2
Le rendement est le rapport entre la puissance
utile et la puissance absorbée
Dans ce cas P utile P absorbée Le rendement est
de 100
En
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Rendement
Exemple dun moteur électrique
La puissance absorbée U I
La puissance Utile (Pu) puissance mécanique
La puissance perdue, est perdue en chaleur Pj
(pertes joule)
P absorbée Pertes joule P Utile
P Utile P Absorbée - Pertes joule
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Rendement exemples
Résistance chauffante 100
Petit moteur électrique 15 à 50
Gros moteur électrique 50 à 95
15
Rendement exemples
Petit transformateur électrique 15 à 40
Gros transformateur électrique 40 à 95
Bloc alimentation électronique 90
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Rendement des lampes
Lampe à incandescence de 2 à 4 De 10 à 15
lumens par Watt
Lampe fluorescente électronique de 15 à
20 Environ 65 lumens par Watt
Lampe Halogène de 5 à 8 De 15 à 20 lumens par
Watt
Lampe à DEL blanche de 20 à 30 De 80 à 130
lumens par Watt
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Résistance électrique
Lorsqu'un générateur est branché aux extrémités
d'un circuit conducteur, les électrons libres
placés dans le champ électrique qu'il produit,
subissent une force qui provoque leur déplacement
d'ensemble. Mais les atomes sont animés sur place
de vibrations (agitation thermique) et les
électrons libres ont des difficultés à se
faufiler entre les atomes, d'où une RÉSISTANCE à
leur déplacement. Une résistance se mesure en
Ohm symbole O (oméga)
Sans agitation thermique Aucune résistance à leur
déplacement Supraconductivité
Avec une agitation thermique Résistance à leur
déplacement
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Différence de potentiel aux bornes d'une
résistance.
Loi d'Ohm
Une résistance électrique est comparable à un
étranglement du circuit électrique fermé. Le
courant d'électrons perd une certaine énergie
pour vaincre l'obstacle qu'il rencontre en B. On
constate en B une accumulation d'électrons. Le
potentiel en B est plus faible qu'en A. Il existe
entre A et B une différence de potentiel U. Si
on relève, pour différentes valeurs de I, les
valeurs correspondantes de U, on s'aperçoit que U
et I sont directement proportionnels. On note R
le coefficient de proportionnalité liant U à I
L'Ohm (O) est la résistance électrique d'un
conducteur qui est le siège d'une différence de
potentiel de 1V lorsqu'il est traversé par un
courant de 1A
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Résistivité
La résistance électrique d'un conducteur homogène
est directement proportionnelle à sa longueur,
inversement proportionnelle à sa section, et
dépend de sa nature ? est un coefficient
dépendant de la nature du corps il est appelé
résistivité.
 
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Câbles EDF souterrains 63 kV
Câbles 400-500 kV
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Générateurs récepteurs
Le Générateur Le courant est dans le même sens
que la flèche tension
Le récepteur Le courant est dans le sens opposé à
la flèche tension
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Règle de la loi des mailles
On flèche correctement les tensions et
courants. On choisit un sens de parcours
arbitraire pour la maille. On décrit la maille
dans le sens choisi et on écrit que la somme
algébrique des tensions est nulle en respectant
la convention suivante Si la flèche tension est
rencontrée par la pointe, la tension est
négative. Si la flèche tension est rencontrée
par le talon, la tension est positive.
E - U1 - U2 0 E - R1I - R2I 0 E I ( R1 R2)
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Règle de la loi des mailles
Maille 1 E R1I R2I2 0
Maille 2 R2I2 R3I4 R4I4 0
Maille 3 E R1I R3I4 R4I4 0
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Force électromotrice fem
Les générateurs du type chimique, tournant
peuvent se modéliser sous la forme générateur
parfait, résistance interne.
Aucun générateur nest parfait.  Il possède un
générateur parfait E appelé force électromotrice
fem en série avec une résistance interne r. Cette
résistance interne r est indissociable du
générateur. La tension en sortie du générateur
est U E - rI Si la résistance interne, r est
très faible par rapport à la charge branchée, sur
le générateur, on pourra considérer la tension U
E et représenter ce générateur comme un
générateur parfait, nommé E du nom de sa force
électromotrice. Le courant de court circuit Icc
est donc égal à  E/r
Exemples
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Groupement de résistances
I est commun
Groupement en série
Re R1R2R3Rn
Re
Lorsque plusieurs résistances sont montées en
série, la somme des résistances donne la valeur
équivalente Re.
Re est TOUJOURS plus grande que la plus grande
valeur de résistance
Groupement en parallèle 
U est commun
Re
Lorsque plusieurs résistances sont montées en
parallèle, la somme de linverse des résistances,
donne la valeur de linverse de la résistance
équivalente Re.
Re est TOUJOURS plus petit que la plus faible
valeur de résistance
Produit Somme
Pour 2 résistances
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(No Transcript)
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Représentation dun schéma structurel
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Exercice
E 10V I1 5A I4 2A UR1 2V UR3 3V R5 2O
Calculez tous les éléments manquants courant,
tension, résistance Calculez la puissance
fournie par E, la comparer aux puissances
dissipées par les résistances.
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Exercice
E 9V r 5 O 0 lt Rch lt 100 O
Calculez Us en fonction de Rch Dessinez la
caractéristique Us, PRch et I en fonction de Rch
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Exercice
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Exercice

• Un propriétaire veut pomper de leau dans le
  canal voisin. Pour cela il utilise deux pompes de
  750W sous 230V.
• Pour alimenter ses pompes, il a besoin dacheter
  une rallonge électrique de 50m.
• Il a le choix entre 3 bobines
• Bobine 1 de 50m section du câble 0,75mm2 prix
  1499
• Bobine 2 de 50m section du câble 1,50mm2 prix
  2499
• Bobine 3 de 50m section du câble 2,50mm2 prix
  5999
• Questions

• Donnez la longueur du conducteur.
• Calculez la résistance du câble des trois
  bobines.
• Calculez le courant absorbé par les pompes sans
  les rallonges.
• Calculez la puissance consommée par les pompes
  avec les rallonges.
• Calculez la puissance perdue dans les trois
  rallonges.
• Donnez le pourcentage de puissance perdue dans
  le câble.
• Que préconisez-vous pour le choix de la rallonge
  ?